专利名称：风速传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种风速传感器，尤其是指一种适用于海洋、沿海、沙漠、冻 雨、高山等气候恶劣条件下准确测量风方向的风速传感器。
背景技术：
中国专利曾公开了一种“叶轮光电风速传感器”(中国，公开号CN2144309，
公开日1993年10月20日)，由叶轮、旋转盘光电耦合器、流线型壳体及可调向支杆所组 成。其特点是将光电转换技术与风动叶轮融为一体，将被测风速转化为脉冲频率信号输 出，性能稳定可靠。可广泛用于工矿企业通风管、巷道、厂房等风流平均风速的实时监 测，为计算机控制系统提供一种新型的风速检测一次元件。中国专利曾公开了 “一种导引式风向风速传感器”(中国，公开号 CN10271164,
公开日2008年9月24日)，包括上盖板、下挡体、侧挡板、通孔、悬臂 梁阵列、应变传感器；利用微电子机械系统(MEMS)技术中的光刻、腐蚀技术制作出上 盖板；侧挡板；键合上盖板和侧挡板；在硅片上制作出下挡体、通孔、悬臂梁阵列和应 变传感器的图案；溅射制作出应变传感器；腐蚀技术制作出通孔和悬臂梁阵列；键合制 作的风向导引组件与风敏感组件两部分。这种传感器的特点是风向风速可以同时测量， 并可利用微电子机械系统(MEMS)技术将器件制作得很小，可以小于10毫米X 10毫 米X 10毫米。该传感器可以广泛应用于气象探测、环境监测、国防、交通运输等方面。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种风速传感器，它适用于海洋、沿海、沙漠、冻 雨、高山等气候恶劣条件下准确测量风的速度。为达到上述目的，本实用新型采取的解决方案是一种风速传感器，它包括 风杯部件、壳体、风速转换电路、底座，风杯部件由风杯、风杯杆、回转架和传动轴构 成，风杯部件装在壳体上，风杯部件的传动轴外套短定位套、长定位套、双径定位套， 双径定位套固定在壳体中，上面的精密轴承两边装有两个孔用弹性挡圈，孔用弹性挡圈 固定在壳体中，下面的精密轴承外圆与壳体紧密固定，转速码盘通过六角定位套固定在 双径定位套的末端，转速码盘处于风速转换电路上方，风速转换电路固定在底座上。该风速传感器是属于“三杯回转架式光电风速传感器”。在气流(也就是风)中 风杯正面(凹面)受到的压力比背面(凸面)大而产生偏转力，这个偏转力通过风杯杆而使 回转架产生沿轴心的旋转驱动力，由于其旋转速度与风速成正比关系，测定其转速就得到 了风速值。回转架的旋转通过传动轴1 1地传给编码器，编码器通过风速转换电路输出 风速值。它适用于海洋、沿海、沙漠、冻雨、高山等气候恶劣条件下准确测量风方向。

图1是风速传感器的结构示意图。[0008]图2是风速传感器电气原理图。图3是加热板电气原理图。图中1、风杯部件，2、短定位套，3、精密轴承，4、孔用弹性挡圈，5、长定 位套，6、紧固螺钉，7、双径定位套，8、六角定位套，9、转速码盘，10、风速转换电 路，11、壳体，12、底座，13、七芯防水电缆，14、底座螺母，15、防水胶圈，16、电 缆防水接头，17、加热板。
具体实施方式
下面结合实施例及其附图对本实用新型再作描述。本实施例是BLFl-S风速传感器。参见图1，一种风速传感器，它包括风杯部件1、壳体11、风速转换电路10、底 座12，风杯部件1由风杯、风杯杆、回转架和传动轴构成，风杯部件1装在壳体11上， 风杯部件1的传动轴外套短定位套2、长定位套5、双径定位套7，双径定位套7固定在壳 体11中，上面的精密轴承3两边装有两个孔用弹性挡圈4，孔用弹性挡圈4固定在壳体 11中，下面的精密轴承3外圆与壳体11紧密固定，转速码盘9通过六角定位套8固定在 双径定位套7的末端，转速码盘9处于风速转换电路10上方，风速转换电路10固定在底 座12上。参见图1，所述的壳体11内有加热板17，加热板17处于转速码盘9上方，加热 板17通过紧固螺钉6固定在壳体11中。使风速传感器具有自动控温除霜(冻)的功能。参见图1，所述的风速转换电路10与七芯防水电缆13电连接，七芯防水电缆13 插入电缆防水接头16，6带防水胶圈15的电缆防水接头1拧入底座12下端。使风速传 感器具有防淋雨、防尘、防海水的特点。参见图1和图2，所述的风速转换电路10包括电源电路、光电转换电路、数模 转换电路和电压/电流转换电路、电流输出电路，电源电路由电容Cl、过压保护二极 管D5、防电源接反二极管D3、15V稳压二极管D4、偏置电阻R3、场效应管BSP149、 电容C2、电容C8、2950高精度三端稳压管Q6组成，光电转换电路由光电管Q5、三极 管Q3、单稳态多谐振荡器即HC4538集成电路T3、电容C5、电阻R4、电阻R5、电阻 R13、电阻R12、电阻R2、电阻R11、电阻R10、电阻R16、电阻R9组成；数模转换电路 由LM2904运算放大器T2、三极管Q4、二极管D2、电容C9、电容Cll、电容C12、电位 器W1、电阻R6、电阻R14组成；电压/电流转换电路由LM2904运算放大器Tl、二极管 DU 电容C13、电容C16、电容C14、电容C15、电阻R20、R21、R18、R19、R16、R17 组成；电流输出电路由电容C17、过压防护二极管D6、自恢复保险条ROl组成；过压保 护二极管D5正极接电源负极，负极接电源正极，防电源接反二极管D3正极接Xl点， 负极接电容Cl正极、场效应管BSP149第2脚，Xl点和X2点外接DC/12-28V电源， Xl点接电源正端，X2点接电源负端，15V稳压二极管D4正极接X2点，负极接场效应 管BSP149第1脚、偏置电阻R3，偏置电阻R3另一端接场效应管BSP149第3脚、2950 高精度三端稳压管Q6第1脚、电容C2、电容C8、LM2904运算放大器T2第8脚、三极 管Q3集电极、光电管Q5第3脚、LM2904运算放大器Tl第8脚、电容C13，2950高精 度三端稳压管Q6第2脚接X2点，第3脚接HC4538集成电路T3第16脚和第13脚、电容C4、电容C3、电阻R8、电阻R4、电阻R16，其中电容Cl、电容C2、电容C3、电容 C4、电容C8、电容C13都是电源滤波器，这些电容的另一端全部联接到X2点，HC4538 集成电路T3第15脚、第1脚、第3脚、第4脚、第5脚、第8脚并接电容C5、Pl短接 点第1节点、电阻R6，第14脚电容C5、电阻R4，第12脚接电阻R5，第11脚和第9脚 联接，第10脚接R13，电阻R8与电阻R7中点接接电容C14、LM2904运算放大器Tl第 3脚，电阻R7另一端接X2点，电阻R5另一端接LM2904运算放大器T2第7脚、电阻 R9，电阻R13另一端接电容C12、LM2904运算放大器T2第3脚，LM2904运算放大器 T2第1脚接电容C9、二极管D2正极，第2脚接电容C9、电容C11、电位器Wl中间滑 动端，电容C11、电容C12另一端接X2点，，电容C11、电容C12两个电容为滤波器， LM2904运算放大器T2第4脚接X2点，第5脚接电阻R10、电阻R9，第6脚接光电管 Q5第4脚、电阻R2，电阻R2另一端接X2点，光电管Q5第2脚接X2点，第1脚接电 阻R12，电阻R12另一端接电容C7、电阻R10、电阻Rll，电阻Rll另一端接三极管Q3 发射极，三极管Q3基极接电阻R16，电位器Wl—端接电阻R6，另一端接电阻R14，电 阻R14另一端接二极管D2负极、三极 管Q4基极，三极管Q4发射极与集电极接X2点。参见图2，电源电路，把风杯机械转动转换成频率量电脉冲。数模转电路，把频 率量脉冲转换成电压信号。电压/电流转换电路，电压量转换成电流(4-20mA)。参见图1和图3，所述的加热板17由自动控温电路控制，自动控温电路中 DF02S整流桥Dl第1脚接4704电阻R1，4704电阻Rl接定位孔，DF02S整流桥Dl第 2脚接X2点、152K电容Cl，152K电容Cl另一端接Xl点，DF02S整流桥Dl第3脚接 224K电容C2、1501电阻R3、224K电容C3、TlW三极管Q3发射极、A7三极管Q4集 电极、1R20电阻R7、1R20电阻R8，DF02S整流桥Dl第4脚接224K电容C2另一端、 1501电阻R2、BDW93C场效应管Ql源极，1501电阻R2另一端接BDW93C场效应管Ql 栅极、1501电阻R3另一端，BDW93C场效应管Ql漏极接BDW93C场效应管Q2源极、 4700电阻R4，4700电阻R4另一端接4700电阻R5，4700电阻R5另一端接BDW93C场 效应管Q2栅极、TlW三极管Q3集电极、224K电容C3另一端、1201电阻R6，201电 阻R6另一端接1K5热敏电阻Rt、TlW三极管Q3基极、A7三极管Q4发射极，1K5热 敏电阻Rt另一端接BDW93C场效应管Q2漏极、1R20电阻R7另一端和1R20电阻R8另 一端。BLFl-S风速传感器是为适应用于海洋、沿海、沙漠、冻雨、高山等气候恶劣条 件下准确测量风的速度而进行专业设计的。BLFl-S风速传感器所有的零部件均采用优 质材料经先进工艺和特殊工艺精工制造而成，为保证产品的质量和性能，所有用来制造 BLFl-S风速传感器的原材料、外购件均经过严格的筛选、测试后才予以选用。BLFl-S风速传感器设计采用防淋雨、防尘、防腐蚀、防海水、防盐雾、防冰 冻、耐气候、抗电磁干扰、无摩擦或少摩擦、精密、热隔离设计。BLFl-速风速传感器的电子电路设计具有抗腐蚀、抗电磁干扰、避雷、耐温度 变化、过电流保护、电压极性接反保护、自动控温除霜(冻)、无摩擦光电转换电路等8 个特殊功能。BLFl-S风速传感器的电子电路被牢固可靠的保护在由优质工程塑料和优质铝合 金组成的壳体内。所有的工程塑料件都具有极强的耐风沙、耐海水侵蚀的功能，和低温时不脆化、高温时不变形不软化的物理性能。优质铝合金材料制造的壳体充分考虑到传 感器工作的恶劣气候条件，在结构上进行充分的防护设计，并且经过专门的防护处理后 与工程塑料件组合成坚固可靠的外壳。使得灰尘、盐雾及等有害物质都不能进入到壳体 内部。专门的铝合金防护工艺处理，可保证铝合金壳体(包括工程塑料件)不产生任何 腐蚀，经过国家级鉴定部门测试，防护等级达IP65。精密的特种钢传动轴承，无触点(无摩擦)编码电路及转换电路保证了传感器具 备良好的灵敏度、精确度、线性度、重复性和宽量程，提高了传感器的寿命。独特的风 杯设计和独到的风杯加工工艺，有效的提高了传感器的钢度和耐受强风能力，传感器的 抗风强度可达到70m/s，在国内属首创设计。精细周密的 电路设计，使传感器电路具有良好的抗腐蚀性、抗电磁干扰、有过 电流保护、防电源极性接反功能。由于电路设计有自动温度控制加热功能，使得传感器 有极高的耐气候性，在低温_40°C、高温70°C和冻雨的情况下正常探测数据。BLFl-S风速传感器具有良好的线性、同一性(互换性)、可靠性、稳定性和宽 大的测量范围。综上所述，BLFl-S风速传感器适用于海洋、沿海、沙漠、高山等气候 恶劣条件下的气象学、漂浮站、航海、风能、核电、科学考察等领域进行风的全天候探 测。型号系列见下表。
电气 加执
传感器型号测量范围 工作电压 电缆长度 规格尺寸 ___TOm 功毕____
51277. 6.0200 ‘ ‘ 50m/s0-20mA20W 12-28V/DC12mRVVP7X0. 25 mm 2
51277.66.200 · · 50m/s4-20mA20W12-28V/DC12mRVVP7X0. 25 咖 2
51277.66.05Q ‘ 50m/s0-5V20W 12-28V/DC12mRVVP7X0.25 咖2
51277.66.100 · · 50m/s0-1QV20W12-28V/DC12mRYVP7X0.25 mm2 51277.67.0200 . · 50m/s0-20mA20W12-28V/DC12mRYVP7 芯插头
51277.67.200 · · 50m/s4-20mA20W 12-28V/DC12mRVVP7 芯插头 51277.7.0050 · · 50m/s0-5V20W12-28V/DC12mRVVP7 芯插头
ll277.67.010 | 0 " 50m/s 0-10V 2QW 12-28V/DC 12mRVVP 7 芯插头主要技术指标见表2。__
起动风速<0.5m/s
测量范围0 50m/s
最大允许误差士 (0.5+0.03V)m/s
分辨力0.1m/s
响应速度0.5m/s
权利要求1.一种风速传感器，它包括风杯部件(1)、壳体(11)、风速转换电路(10)、底座 (12)，风杯部件(1)由风杯、风杯杆、回转架和传动轴构成，风杯部件(1)装在壳体(11) 上，其特征是风杯部件(1)的传动轴外套短定位套(2)、长定位套(5)、双径定位套 (7),双径定位套(7)固定在壳体(11)中，上面的精密轴承(3)两边装有两个孔用弹性挡 圈(4)，孔用弹性挡圈(4)固定在壳体(11)中，下面的精密轴承(3)外圆与壳体(11)紧 密固定，转速码盘(9)通过六角定位套8固定在双径定位套(7)的末端，转速码盘(9)处 于风速转换电路(10)上方，风速转换电路(10)固定在底座(12)上。
2.根据权利要求1所述的风速传感器，其特征是所述的壳体(11)内有加热板 (17),加热板(17)处于转速码盘(9)上方，加热板(17)通过紧固螺钉(6)固定在壳体 (11)中。
3.根据权利要求1所述的风速传感器，其特征是所述的风速转换电路(10)与七芯 防水电缆(13)电连接，七芯防水电缆(13)插入电缆防水接头(16)，带防水胶圈(15)的 电缆防水接头(16)拧入底座(12)下端。
4.根据权利要求1所述的风速传感器，其特征是所述的风速转换电路(10)包括电 源电路、光电转换电路、数模转换电路和电压/电流转换电路、电流输出电路，电源电 路由电容Cl、过压保护二极管D5、防电源接反二极管D3、15V稳压二极管D4、偏置电 阻R3、场效应管BSP149、电容C2、电容C8、2950高精度三端稳压管Q6组成，光电转 换电路由光电管Q5、三极管Q3、单稳态多谐振荡器即HC4538集成电路T3、电容C5、 电阻R4、电阻R5、电阻R13、电阻R12、电阻R2、电阻R11、电阻R10、电阻R16、 电阻R9组成；数模转换电路由LM2904运算放大器T2、三极管Q4、二极管D2、电容 C9、电容Cll、电容C12、电位器Wl、电阻R6、电阻R14组成；电压/电流转换电路 由LM2904运算放大器Tl、二极管D1、电容C13、电容C16、电容C14、电容C15、电 阻R20、R21、R18、R19、R16、R17组成；电流输出电路由电容C17、过压防护二极管 D6、自恢复保险条ROl组成；过压保护二极管D5正极接电源负极，负极接电源正极，防 电源接反二极管D3正极接Xl点，负极接电容Cl正极、场效应管BSP149第2脚，Xl 点和X2点外接DC/12-28V电源，Xl点接电源正端，X2点接电源负端，15V稳压二极 管D4正极接X2点，负极接场效应管BSP149第1脚、偏置电阻R3，偏置电阻R3另一 端接场效应管BSP149第3脚、2950高精度三端稳压管Q6第1脚、电容C2、电容C8、 LM2904运算放大器T2第8脚、三极管Q3集电极、光电管Q5第3脚、LM2904运算放大 器Tl第8脚、电容C13，2950高精度三端稳压管Q6第2脚接X2点，第3脚接HC4538 集成电路T3第16脚和第13脚、电容C4、电容C3、电阻R8、电阻R4、电阻R16，其中 电容Cl、电容C2、电容C3、电容C4、电容C8、电容C13都是电源滤波器，这些电容的 另一端全部联接到X2点，HC4538集成电路T3第15脚、第1脚、第3脚、第4脚、第 5脚、第8脚并接电容C5、Pl短接点第1节点、电阻R6，第14脚电容C5、电阻R4， 第12脚接电阻R5，第11脚和第9脚联接，第10脚接R13，电阻R8与电阻R7中点接接 电容C14、LM2904运算放大器Tl第3脚，电阻R7另一端接X2点，电阻R5另一端接 LM2904运算放大器T2第7脚、电阻R9，电阻R13另一端接电容C12、LM2904运算放 大器T2第3脚，LM2904运算放大器T2第1脚接电容C9、二极管D2正极，第2脚接 电容C9、电容Cll、电位器Wl中间滑动端，电容Cll、电容C12另一端接X2点，电容ClU电容C12两个电容为滤波器，LM2904运算放大器T2第4脚接X2点，第5脚接电 阻R10、电阻R9，第6脚接光电管Q5第4脚、电阻R2，电阻R2另一端接X2点，光电 管Q5第2脚接X2点，第1脚接电阻R12，电阻R12另一端接电容C7、电阻R10、电阻 Rll,电阻Rll另一端接三极管Q3发射极，三极管Q3基极接电阻R16，电位器Wl—端 接电阻R6，另一端接电阻R14，电阻R14另一端接二极管D2负极、三极管Q4基极，三 极管Q4发射极与集电极接X2点。
5.根据权利要求2所述的风速传感器，其特征是所述的加热板(17)由自动控温电 路控制，自动控温电路中DF02S整流桥Dl第1脚接4704电阻R1，4704电阻Rl接定 位孔，DF02S整流桥Dl第2脚接X2点、152K电容Cl，152K电容Cl另一端接Xl点， DF02S整流桥Dl第3脚接224K电容C2、1501电阻R3、224K电容C3、TlW三极管Q3 发射极、A7三极管Q4集电极、1R20电阻R7、1R20电阻R8，DF02S整流桥Dl第4脚 接224K电容C2另一端、1501电阻R2、BDW93C场效应管Ql源极，1501电阻R2另一 端接BDW93C场效应管Ql栅极、1501电阻R3另一端，BDW93C场效应管Ql漏极接 BDW93C场效应管Q2源极、4700电阻R4，4700电阻R4另一端接4700电阻R5，，4700 电阻R5另一端接BDW93C场效应管Q2栅极、TlW三极管Q3集电极、224K电容C3另 一端、1201电阻R6，201电阻R6另一端接1K5热敏电阻Rt、TlW三极管Q3基极、A7 三极管Q4发射极，1K5热敏电阻Rt另一端接BDW93C场效应管Q2漏极、1R20电阻R7 另一端和1R20电阻R8另一端。
专利摘要一种风速传感器，它包括风杯部件、壳体、风速转换电路、底座，风杯部件由风杯、风杯杆、回转架和传动轴构成，风杯部件装在壳体上，风杯部件的传动轴外套短定位套、长定位套、双径定位套，双径定位套固定在壳体中，上面的精密轴承两边装有两个孔用弹性挡圈，孔用弹性挡圈固定在壳体中，下面的精密轴承外圆与壳体紧密固定，转速码盘通过六角定位套固定在双径定位套的末端，转速码盘处于风速转换电路上方，风速转换电路固定在底座上。它适用于海洋、沿海、沙漠、冻雨、高山等气候恶劣条件下准确测量风的速度。
文档编号G01P5/06GK201796046SQ20102052294
公开日2011年4月13日 申请日期2010年9月5日 优先权日2010年9月5日
发明者张胜德 申请人:浙江贝良风能电子科技有限公司